Основные задачи информационных технологий для управления технологическими процессами.

Информационные технологии сбора и обработки информации. Технологический процесс, которым мы управляем с помощью АСУТП является источником информации, на основе которого в АСУТП вырабатываются управляющие воздействия в соответствии с выбранным объектом, и эти процессы в последующем организуются на объекте.

АСУТП осуществляет следующие основные функции:

1. Информационные функции.

Это сбор и обработка информации по состоянию технологического объекта. С этой целью на технологическом объекте устанавливаются датчики физических величин (массовых и объемных расходов, температур, давлений, скоростей, составов). Помимо опросов датчиков и считывания результатов, в АСУТП осуществляется обработка поступающей информации. В результате измерения составов и масс полученных продуктов рассчитывается извлечение.

2. Управляющая функция.

· Регулирование – стабилизация технологических параметров, т.е. поддерживание их заданных значений (например, путём изменения расхода топлива поддерживается температура печи).

· Программное управление – значение технологического параметра поддерживается таким образом, чтобы обеспечить выбранный закон изменения регулируемой величины.

· Логическое управление – изменяется параметр управления в соответствии с определёнными логическими правилами.

· Оптимальное управление – для осуществления оптимального управления предварительно необходимо решить оптимизационную задачу, выработать оптимальную величину воздействий и поддерживать эти величины с помощью регуляторов. Для реализации такого управления в АСУТП должна быть модель технологического процесса.

3. Вспомогательные функции.

АСУТП является ответственной системой. Сбои в работе АСУТП означают потерю контроля над управляемым процессом. АСУТП должна обладать высокой надёжностью. Для обеспечения надёжности служат вспомогательные функции, которые обеспечивают контроль технологических и программных средств АСУТП.

К АСУТП относятся три нижних уровня информационной структуры.

Input / Output – непосредственно взаимодействует с объектом. Его задачи:

1. Сбор информации с объекта.

2. Результаты этих величин передаются на следующий уровень Control.

Функция Output предполагает, что с уровня Control на технологический объект передаются управляющие воздействия. Для этого технологический объект снабжают исполнительными механизмами. Назначение его – воздействие на регулирующий орган. Исполнительные механизмы могут быть электрическими, электромагнит-ными, пневматическими, гидравлическими.

Уровень Control . Основная задача – непосредственное управление технологи-ческими параметрами. Для этого АСУТП имеет соответствующие аппаратные и программные средства (программируемые логические контроллеры – ПЛК (PLC)). ПЛК представляет собой специализированную ЭВМ или промышленный компьютер. Программное обеспечение этого уровня позволяет организовывать с помощью ПЛК локальные регуляторы, каждый из которых воспринимает информацию с датчика физической величины, вычисляет управляющее воздействие и передаёт исполнительным механизмам соответствующий сигнал, который превращается в положение регулирующего органа.

Уставка регулятора – то значение величины, которое необходимо поддер-живать с помощью регулятора. Значение уставки выбирается на уровне SCADA.

Уровень SCADA – уровень диспетчерского управления. Получает информацию о технологическом процессе с нижних уровней информационной структуры (Input/Output и Control). Основная задача уровня SCADA – диспетчерское управление технологическим процессом. Для этого в составе SCADA систем имеется ряд специфических средств:

· Средство, позволяющее представить технологический объект наиболее наглядно. Чаще всего в составе SCADA систем имеется мнемосхема, на ней в соответствующих точках выводится в реальном времени текущие значения технологических параметров.

· Модельная система поддержки принятия решений (МСППР). Задача её: на базе математической модели технологического процесса отыскать оптимальное управляющее воздействие, которое за тем превращается в уставки локальных регуляторов.

Таким образом, SCADA система с уровня Control получает информацию о текущих значениях технологических параметров. Далее информация обрабатывается на основе математической модели, вычисляются уставки регуляторов и уставки возвращаются в локальные регуляторы.

В составе SCADA есть другие компоненты, позволяющие в частности, архивировать данные о технологическом процессе. Эти архивные данные по запросу персонала выдаются в графическом виде зависимости измеряемой величины от времени. Такие графики носят название тренд. Они позволяют оценить динамику изменения состояния технологического процесса во времени.

АСУТП содержит 1-е три уровня информационной системы.

SCADA система выдаёт информацию на более высокие уровни информационной структуры предприятия.

Уровень MES – уровень исполнения производства получает информацию от SCADA системы. Информация обобщённая. Уровень SCADA позволяет управлять отдельным технологическим аппаратом или отдельной технологической операцией. На уровне MES собирается информация с многих SCADA систем. В информации не содержится сведений о локальных параметрах технологических процессов (например, суточное количество перерабатываемой шихты, часовой расход энергии, средний состав шихты и др.). на основе этой информации на уровне MES рассчитываются материальные и энергетические балансы, характеризующие всю технологическую схему. На этом же уровне формируются плановые задания для SCADA систем.

Наиболее высокий уровень – MRP – решение стратегических задач развития предприятий. Анализ результатов работы предприятия за относительно долгосрочный период (квартал, полугодие, год). Определяются критические точки технологии, а так же технические и экономические решения, которые позволяют оптимизировать работу предприятия в целом.

При построении АСУТП используется системный подход. В данном случае эта концепция предполагает:

1. нормализацию данных;

2. стандартизацию форм обмена информацией;

3. гибкие средства, позволяющие объединить различные аппаратные и программные части АСУТП.

Неотъемлемой частью АСУТП является устройство сопряжения с объектом (УСО). УСО соответствует уровню Input/Output информационной системы.

Задача: создать АСУТП, позволяющую управлять процессом плавки.

TE – термопара.

QE – количество шихты.

FE – датчик подачи топлива и дутья.

В составе УСО есть два модуля: модуль ввода (МВВ) и модуль вывода.

Нормализация данных.

Датчики физических величин преображают измеренную величину в определённый вид сигнала, чаще всего это электронный сигнал. Информация об измеренной величине в таком сигнале присутствует в аналоговой форме: это либо напряжение, либо ток. Датчики разрабатываются в соответствии с существующими стандартами ГСП. В рамках ГСП существуют унифицированные сигналы: 0…2В, 0…10В, -10…10В, – сигналы напряжения, – 0…20мА, 2…20мА, – сигналы тока.

Программируемые логические контроллеры, входящие в состав АСУТП – это цифровые электрические машины. Т.о. возникает ещё одна задача: преобразование аналоговой величины в цифровую форму. Для этого существуют модули аналого-цифрового преобразования (АЦП) и наоборот ЦАП – цифро-аналоговое преобразование.

УСО обеспечивает так же:

· гальваническую развязку;

· фильтрацию сигналов, передаваемых от датчиков контроллеру.

УСО является неотъемлемой частью АСУТП, соответствует уровню Input/Output.